Osservare le meravigliose capacità della natura di rispondere alle esigenze di adattamento più estreme, capire a fondo i segreti e le soluzioni ottimizzate da essa messe a punto nel corso di migliaia di anni di evoluzione e cercare di riprodurre gli stessi meccanismi applicandoli a oggetti ingegnerizzati artificialmente.
Questa è una delle affascinanti attività che più impegnano il Laboratory of Bio-inspired Nanomechanics “Giuseppe Maria Pugno” del Politecnico di Torino. L’obiettivo è quello di riuscire a realizzare materiali con caratteristiche assolutamente innovative, che possano essere utilizzati a livello industriale.
Si studiano ad esempio le foglie di piante superidrofobiche. Analizzandone a fondo la morfologia, la geometria e le strutture presenti sulla superficie della foglia ci si pone l’obiettivo di poter in un futuro replicare queste superfici naturali su superfici artificiali, che 
mostrino però le stesse identiche caratteristiche di repulsione all’acqua e antiadesione dello sporco delle superfici naturali. Per fare questo al Laboratorio “Giuseppe Maria Pugno” si utilizza un metodo particolare chiamato “ metodo template”, ovvero una tecnica che sfrutta un master negativo da cui ottenere una nuova superficie positiva bio-ispirata.
Le applicazioni derivanti in questo caso possono riguardare ad esempio la produzione di vetri autopulenti per i grattacieli: grazie alla sola azione della pioggia si elimina la necessità di costose e pericolose operazioni manuali di lavaggio. Così come la realizzazione di superfici antighiaccio, da utilizzare in particolare per la costruzione delle ali degli aerei, al fine di evitare il verificarsi di pericolosissime situazioni per la sicurezza dei velivoli stessi.
Estremamente interessanti sono anche le strutture delle ragnatele ancorate a una corteccia, o a un altro substrato. Analizzando al microscopio si può notare il network di fibre e la loro disposizione spaziale, in alcuni tratti molto articolata, in altri molto disordinata. Le dimensioni delle fibre che compongono una ragnatela sono molto piccole e arrivano ad essere anche a 100 volte inferiori rispetto a quelle di un capello umano. Ma la resistenza e la forza adesiva rispetto alla micro-struttura è straordinaria.
Già Aristotele era rimasto incantato dalle incredibili capacità “circensi” dei gechi e di altri animali simili. Essi posseggono, infatti, nelle loro zampette la più elevata capacità adesiva conosciuta in natura. In laboratorio si cerca dunque di analizzare l’origine di questa peculiare capacità e di riprodurla, usando metodologie diverse per la realizzazione di sostanze super-adesive.
Grazie all’utilizzo delle nanotecnologie, in particolare con i nanotubi in carbonio, si lavora anche alla produzione di filati ultra-resistenti. Presto forse si sarà in grado di avere una tuta che, come quella di Spiderman, consenta all’uomo di arrampicarsi su qualsiasi superficie.
Un’altra caratteristica particolare che si ritrova nelle piante, negli animali e in altre strutture presenti in Natura è la gerarchia. Se ad esempio osserviamo i rami degli alberi vedremo che si ramificano in ramoscelli sempre più piccoli e sempre uguali per forma e composizione, ma non per dimensioni, al ramo da cui si ramificano. È proprio questa proprietà a caratterizzare una struttura come struttura gerarchica.
Altri esempi sono le foglie di alcune piante come il loto, le zampette degli animaletti che galleggiano sull’acqua, le conchiglie di una spiaggia. Senza che noi ce ne accorgiamo sono molte le strutture gerarchiche che ci stanno intorno nella vita di tutti i giorni. Così si cerca di replicare queste strutture naturali gerarchiche, auto-somiglianti, a livello artificiale: ad esempio si utilizzano delle nanosfere di diversi diametri in polistirene e le si fanno assemblare in una conformazione gerarchica, in cui cioè le sfere grandi ospitano sulla loro superficie le sfere con diametro più piccolo, formando particolari e interessanti geometrie al fine di realizzare superfici gerarchiche superidrofobiche.
Come accennato sopra, anche gli animaletti che galleggiano e camminano sull’acqua, come fosse un tappeto che li sostiene, sono di grande interesse. Questi animaletti, grazie alla peculiarità e complessità delle loro zampette, solo sfruttando la spinta e il supporto dell’acqua su cui si appoggiano, riescono non solo a essere sostenuti dall’acqua stessa, ma anche a muoversi rapidamente e a cacciare le loro prede. Queste zampette sono costituite da uncini all’apice di ciascuna zampetta, da peli e peletti di varie lunghezze e infine da palline di forma sferica che ricoprono in maniera uniforme tutta la zampetta.
Con l'avvento delle nanotecnologie i fenomeni di adesione degli insetti su specifiche superfici, sono, quindi, oggeto di ricerca intensiva per i possibili sviluppi industriali. Ancora una volta non vi è nulla che non sia già stato inventato da Madre Natura, all’Uomo non resta che copiare, facendolo il meglio possibile.
